捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)阻尼和重力輔助技術(shù)研究.pdf

1、捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Strapdown InertialNavigation System，簡稱SINS）將其慣性測量單元件直接固連在載體上，因而省去了復(fù)雜的穩(wěn)定平臺等機械結(jié)構(gòu)。因此，SINS具有體積小；重量輕；結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。然而慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation System，簡稱INS）的誤差周期振蕩特性以及經(jīng)度誤差隨時間發(fā)散等問題仍然存在于SINS中。
　　為了消除 SINS中誤差周期振蕩的現(xiàn)象，通常的做法

2、是在 SINS中加入阻尼環(huán)節(jié)。然而對于加入阻尼網(wǎng)絡(luò)之后的阻尼SINS來說，需要經(jīng)過一個調(diào)節(jié)的過程才能夠使系統(tǒng)達到一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在阻尼SINS處于調(diào)節(jié)過程時，系統(tǒng)中存在超調(diào)等現(xiàn)象，將會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。為了縮短系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)快速達到穩(wěn)定狀態(tài)，本文將循環(huán)解算算法引入到了阻尼SINS（Damping SINS，簡稱DSINS）中。仿真的結(jié)果表明，在系統(tǒng)中引入循環(huán)算法后，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間得到了大大的縮減。同時，為了避免位置誤差在循

3、環(huán)解算過程中積累，本文還提出了循環(huán)算法的改進算法，即在每次正向解算的初始時刻對速度位置進行修正，從而實現(xiàn)進一步減小系統(tǒng)位置誤差提高系統(tǒng)定位精度的目的。
　　針對 SINS中存在誤差周期振蕩現(xiàn)象，本文進一步利用現(xiàn)代控制估計理論 Kalman濾波技術(shù)實現(xiàn)傳統(tǒng)阻尼的效果。本文利用 Kalman濾波方法利用觀測量對 SINS的系統(tǒng)誤差進行實時估計，然后利用實時估計的系統(tǒng)誤差對系統(tǒng)進行脈沖實時校正，從而達到消除系統(tǒng)中存在誤差周期振蕩的目的。

4、同時，針對由于無法完全消除系統(tǒng)誤差而引起的小幅值周期振蕩，本文進一步設(shè)計了Kalman濾波脈沖校正后加阻尼的方法，使系統(tǒng)精度得到進一步提高。
　　針對 SINS中經(jīng)度誤差隨時間發(fā)散的問題，在不破壞 SINS隱蔽性和自主性特點的前提下，本文利用地球自身的特性—重力異常值對SINS進行輔助導(dǎo)航，達到抑制經(jīng)度誤差隨時間增長的目的。重力輔助導(dǎo)航與地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)具有很大的相似之處，因此本文首先設(shè)計了適用于重力輔助導(dǎo)航的SITAN算法。然后

5、，針對基于SITAN算法的重力輔助SINS（Gravity Aid SINS，簡稱GASINS）的狀態(tài)方程中存在周期振蕩的問題，將阻尼網(wǎng)絡(luò)加入到GASINS中，形成重力輔助阻尼SINS（Gravity Aid DSINS，簡稱GADSINS），并且重新建立GADSINS的系統(tǒng)狀態(tài)方程以及系統(tǒng)量測方程。仿真的結(jié)果表明，GADSINS能夠大大地提高系統(tǒng)的定位精度。接下來，針對基于 SITAN算法的GASINS中存在非線性以及線性擬合能夠給系